實時視頻采集系統(tǒng)的SDRAM控制器設計

該系統(tǒng)采用的是一片SDRAM實現(xiàn)乒乓操作。設計時是利用SDRAM的不同BANK間的存取操作來實現(xiàn)乒乓操作。由于SDRAM總共有4個BANK，所以讀取第一幀圖像時使用SDRAM的1，2 BANK為讀緩存，3，4 BANK為寫緩存。第二幀圖像時SDRAM的3，4 BANK切換為讀緩存，1，2 BANK切換為寫緩存。采用一幀圖像讀寫完畢作為切換標志反復切換讀寫緩存，就充分利用SDRAM的不同BANK來實現(xiàn)乒乓操作。另一方面由于SDRAM的數(shù)據(jù)線和地址線只有1組，所以實際控制的時候讀寫操作是不能同時進行的。設計中考慮到SDRAM的工作頻率與前端圖像采集的像素頻率以及后端VGA顯示的像素頻率相比要高得多，因此將讀寫操作利用時分的方式分開控制。所以在控制器中設計了一個指令計數(shù)器(Countcmd)，通過計數(shù)的方式來切換讀寫操作。只要選取適當?shù)腟DRAM工作頻率以及指令計數(shù)器的規(guī)定值就可以完成SDRAM讀寫操作的連續(xù)切換。實際設計中采用的SDRAM工作頻率為100 MHz，指令計數(shù)器的規(guī)定值為240。SDRAM控制器狀態(tài)轉換概圖如圖4所示。

SDRAM控制器的具體狀態(tài)轉換流程如下：首先初始化SDRAM，然后向SDRAM的1，2 BANK寫入第一幀圖像，當?shù)谝粠瑘D像寫入完畢后進入乒乓操作階段。此時SDRAM的1，2 BANK為讀緩存，3，4 BANK為寫緩存。
首先進入讀緩存激活行，開始讀操作，讀操作開始的同時啟動指令計數(shù)器。此時每執(zhí)行一條指令(包括讀指令，空操作指令，不包括預充電指令和行激活指令)，指令計數(shù)器自加1，當指令計數(shù)器到達規(guī)定值時將指令計數(shù)器清0并切換到寫狀態(tài)。進入寫狀態(tài)前先判斷寫緩存的行激活標志，如果沒有激活，先執(zhí)行行激活，然后開始寫操作，如果已經(jīng)激活則直接開始寫操作。寫操作開始的同時啟動指令計數(shù)器。此時和讀狀態(tài)時一樣，每執(zhí)行一條指令，指令計數(shù)器自加1，當指令計數(shù)器到達規(guī)定值時同樣將指令計數(shù)器清0后切換到讀狀態(tài)。如此反復切換操作，直至讀完一幀或者寫滿一幀。如果是讀完一幀，則判斷寫緩存中一幀寫滿沒有。如果已經(jīng)寫滿，則進入讀寫B(tài)ANK切換狀態(tài)。如果沒有，則進入寫狀態(tài)并不再切換讀寫狀態(tài)，一直保持寫狀態(tài)直至寫滿一幀為止，然后進入讀寫B(tài)ANK切換狀態(tài)。如果是寫滿一幀，則同理于讀完一幀的情況，首先判斷讀緩存中讀完一幀沒有，然后根據(jù)判斷結果進行操作，最后進入讀寫B(tài)ANK切換狀態(tài)。在讀寫B(tài)ANK切換狀態(tài)中，讀緩存切換為3，4 BANK，寫緩存切換為1，2 BANK。反復上述操作步驟，就可以完成使用一片SDRAM不同BANK的乒乓操作。整個SDRAM控制器在Altera的QuartusⅡ7．2環(huán)境下采用Verilog設計完成，然后在ModelSim SE 6．0環(huán)境下仿真通過。隨后通過Altera的QuartusⅡ7．2進行綜合和布局布線，并最終在Al-teraCyclone系列FPGA芯片EP1C6Q240C8上完成。所設計的SDRAM控制器在PAL→VGA的實時視頻采集系統(tǒng)中調試通過，能夠實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲和讀取，完全滿足系統(tǒng)的要求。

3 結 語
介紹在PAL→VGA的實時視頻采集系統(tǒng)中使用SDRAM作為圖像緩存的基本操作，設計一種使用1片SDRAM的不同BANK進行乒乓操作的相對容易實現(xiàn)的SDRAM控制器設計方法。在PAL→VGA的實時視頻采集系統(tǒng)中，使用了所設計的SDRAM控制器，并通過硬件驗證，采集得到的圖像質量較好。另外，這里設計的SDRAM控制器稍加改動就可以應用到其他實時視頻采集系統(tǒng)中去，具有很強的通用性。